USINA GRAVIMÉTRICA EM COMPARAÇÃO COM PROCESSAMENTO CONTÍNUO por E. Gail Mize e Greg Renegar

Documento Técnico T-145

T-145 USINA GRAVIMÉTRICA EM CoMpARAção CoM pRoCESSAMENTo CoNTíNUo

A ASTEC incentiva seus engenheiros e executivos a produzir artigos de valor para ao setor de Asfalto Misturado a Quente. A empresa patrocina também pesquisa indepen-dente e possui autoria conjunta coordenada com concorrentes. As informações estão disponíveis a qualquer interessado na forma de documentos técnicos. A finali-dade dos documentos técnicos é tornar as informações disponíveis dentro do setor de asfalto misturado a quente a fim de contribuir para processo de melhoria contínua que vai beneficiar o setor.

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CONTEÚDO

INTRODUÇÃO................................................................................................... 2

VANTAGENS.DA.TECNOLOGIA.DA.MISTURA.CONTÍNUA.............................. 4

ANÁLISE.FINAL................................................................................................. 7

ANEXO............................................................................................................ 10

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I. INTRODUÇÃOEm muitas ocasiões, é necessário que um produtor de materiais de pavimen-tação de asfalto misturado a quente determine se deve investir em outra usina gravimétrica ou em uma usina de processamento contínuo. Uma usina contínua possui diversas confi-gurações.

As usinas contínuas antigas são usinas com misturadores de fluxo paralelo em que materiais se movimentam no mesmo sentido dos gases quentes. Esses dispo-sitivos, ilustrados na Figura 1, possuem ou não um orifício de entrada central para o produto asfáltico reciclado (RAp), dependendo dos requisitos do cliente.

Uma novidade desse tipo de usina é o misturador de contrafluxo com o cabeço-te do queimador parcialmente colocado no tambor para permitir que a mistura com asfalto líquido ocorra atrás do quei-mador, fora do fluxo de gás (Figura 2). Isso evita algumas emissões de hidro-carbonetos e aumenta a eficiência do combustível em relação ao misturador de fluxo paralelo.

A versão mais recente e tecnologica-mente mais avançada desse sistema é o misturador Double Barrel da Astec®, que possui um tambor do estilo contrafluxo. o Double Barrel tem um maior tempo de mistura devido ao método mecâni-co de mistura semelhante ao de uma usina gravimétrica. o Double Barrel, representado na Figura 3, proporciona nível mais elevado de eficiência térmica do que qualquer misturador contínuo no mercado atualmente e tem a maior capacidade para lidar eficientemente com produto asfáltico reciclado (RAp). A mistura mecânica de 45 a 60 segundos proporciona um produto muito uniforme da mais alta qualidade. o secador de contrafluxo do Double Barrel oferece a melhor eficiência térmica disponível atualmente em uma usina contínua.

A maioria das pessoas pensa, errone-

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amente, que a usina gravimétrica é capaz de lidar com misturas inconsis-tentes de agregados melhor do que a usina contínua. para entender por que esse não é o caso, é preciso se familiarizar com o processo do projeto de mistura. Este artigo explica porque o misturador contínuo executa o trabalho de forma tão eficaz quanto em uma usina gravimétrica.

primeiro e mais importante é o princípio fundamental da teoria do projeto de mistura. No projeto de mistura, é feito um cálculo para determinar a área su-perficial que precisa ser revestida com cimento asfáltico, também chamado de ligante. Uma espessura normal de película de aproximadamente dez mícrons é utilizada para que a quantidade de asfalto para essa mistura possa ser deter-minada. Vários aditivos (polímeros, fibras) têm sido utilizados para aumentar a espessura da película, sem drenagem. o valor da área superficial determina a quantidade de cimento asfáltico a ser utilizada. Em uma usina gravimétrica, a quantidade de material usada na mistura é predominantemente do Silo 1. Na maioria dos casos o material do Silo 1 é formado por 40% a 50% (em peso) da mistura total. Com isso em mente, vamos examinar as diferentes possibilidades de misturas e determinar as áreas superficiais com base no material que é menor do que a malha da tela do deck inferior da peneira de uma usina gravimétrica. o tamanho da abertura dessa malha normalmente é de 5 mm.

A granulometria do agregado ou mistura de agregados utilizado na mistura é utilizada para calcular a área superficial dos agregados. Esse cálculo consiste em multiplicar a porcentagem total que passa em cada malha da peneira por um “fator de área superficial” como se indica adiante na Figura 4. Some os produtos assim obtidos e o total representará a área superficial equivalente da amostra em termos de metros quadrados por quilograma. É importante observar que todos os fatores da área superficial devem ser utilizados no cálculo. Além disso, se uma série diferente de peneiras for usada, são necessários diferentes fatores de área superficial.

o fator de área superficial relevante para o cimento portland é 61,5 e para o cimento com cal hidratada é de 82.

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II. VANTAGENS DA TECNOLOGIA DA MISTURA CONTÍNUA

Este artigo demonstrará que, em uma usina gravimétrica, a maior parte da área superficial de uma mistura não é controlada pelas peneiras de seleção. Isso basicamente significa que as importantes considerações sobre área superficial (e, portanto, sobre a quantidade de cimento asfáltico a ser usada na mistura em uma usina de mistura a quente) é função do que existe na alimentação fria e não é controlada daí em diante.

Vamos esclarecer as diferenças entre as maneiras em que o agregado é pro-cessado, com respeito à granulometria, em usinas gravimétricas e usinas de processamento contínuo. Em uma usina gravimétrica, o agregado peneirado é colocado em silos de alimentação fria e é misturado até certo grau, dependendo da usina específica, antes de ser enviado ao secador. Quando o agregado sai do secador, a mistura de agregado é transportada para uma peneira grande e separada em quatro ou mais misturas. A granulometria da mistura de um lote particular é criada “puxando-se” uma quantidade apropriada de agregados de cada um dos silos, comumente chamados de silos quentes, pois eles contêm agregado quente. Em geral assume-se que uma usina gravimétrica pode acomodar misturas inconsistentes de agregados na alimentação fria devido à operação de seleção por peneiras, que é feita em um ponto intermitente do processo. Este artigo explica porque isso não é assim. por outro lado, uma usina contínua mistura os agregados no sistema de alimentação fria em que os controles do computador “dizem” a cada alimentador dos silos de alimentação fria exatamente quanto agregado é necessário para satisfazer os requisitos do projeto da mistura. Nesse ponto do processo, a mistura é muito precisa. Essa mistura é, então, seca e misturada com o cimento asfáltico líquido (betume) e é transferida para um depósito de compensação ou silo de armazenamento. Se o produto asfáltico reciclado (RAp) for adicionado ele é primeiramente fracionado em tamanhos difíceis de segregar da mesma forma que o agregado virgem. Ele é colocado em dois silos de alimentação de produto asfáltico reciclado (RAp) e é misturado com precisão antes de ser misturado ao agregado virgem quente. o agregado virgem e o produto asfáltico reciclado (RAp) são misturados antes da adição do cimento asfáltico (betume) virgem. obviamente, a consistência da mistura depende de agregados consistentes nos silos de alimentação fria, mas uma usina gravimétrica também deve ter agregados consistentes na extremidade da alimentação fria do processo a fim de produzir um produto consistente, como este artigo provará. Já que são necessários agregados consistentes tanto no processo contínuo como nas usinas gravimétricas, a usina de processamento contínuo torna-se a melhor escolha em relação ao custo inicial, custo de ope-ração, custo de manutenção, portabilidade e capacidades de processamento de produto asfáltico reciclado (RAp).

Vamos agora examinar os quatro diferentes projetos de mistura que são padrão no Estado da Geórgia. Esses projetos são padrões usados pelo Departamento de Transporte da Geórgia. A curva de densidade máxima e os cálculos de uma área superficial estão incluídos para os quatro projetos de mistura.

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o cálculo da área superficial da mistu-ra básica na Geórgia está indicado na Figura 5. Nessa mistura básica do De-partamento de Transporte da Geórgia, 10,4% da área superficial (SA) estão acima da malha Nº 8 e 89,6% da área superficial são iguais ou menores que o tamanho da malha Nº 8. portanto, pode-se afirmar com segurança que nesta mistura, a peneira de uma usina gravimétrica tem controle de cerca de 10% da área superficial e o restante está sob o controle dos silos de alimentação fria. Em resumo, em ambas as usinas, gravimétricas e contínuas, o sistema de controle proporcional de alimentação fria controla 90% da área superficial nesta mistura.

Examinemos agora a mistura de ligante modificado “B” do Departamento de Transporte da Geórgia.

Nesta mistura de ligante modificado do Departamento de Transporte da Geór-gia, 10,3% da área superficial (SA) estão acima da malha Nº 8 e 89,7% da área superficial são iguais ou menores que o tamanho da malha Nº 8 (Figura 6). por-tanto, pode-se afirmar com segurança, novamente, que nesta mistura a peneira de uma usina gravimétrica tem controle de cerca de 10% da área superficial e o restante está sob o controle do sistema computadorizada de mistura dos silos de alimentação fria.

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Examinemos agora a mistura “D” em superfície de granulometria aberta do Departamento de Transporte da Geórgia.

Nesta mistura “D” em superfície de granulometria aberta do Departamento de Transporte da Geórgia, 21,3% da área superficial (SA) estão acima da malha Nº 8 e 78,7% da área superficial são iguais ou menores que a malha Nº 8 (Figura 7). Desta forma, nesta mistura de amostra, uma usina gra-vimétrica controla cerca de 20% da área superficial. o restante está sob o controle do sistema de mistura dos silos de alimentação fria.

Vamos examinar agora o último projeto de mistura a ser apresentado nessa seção. É a mistura “F” em superfície de granulometria não uniforme do Depar-tamento de Transporte da Geórgia.

Nesta mistura “F” em superfície de granulometria não uniforme do De-partamento de Transporte da Geórgia, 9,7% da área superficial (SA) estão acima da malha Nº 8 e 90,3% da área superficial são iguais ou menores que o tamanho da malha Nº 8 (Figura 8). portanto, pode-se afirmar com segu-rança novamente que nesta mistura a peneira de uma usina gravimétrica controla cerca de 10% da área super-ficial e o restante está sob o controle do sistema de mistura do depósito de alimentação fria.

As quatro misturas acima representam uma ampla gama de todas as misturas produzidas no setor de misturas quen-tes. Ao comparar o controle da área superficial de uma usina gravimétrica com um sistema computadorizado de mistura de alimentação fria, que é sempre parte de uma usina contínua moderna, é fácil entender porque atu-

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almente a usina continua é a escolha dominante de empreiteiras e operadores nos Estados Unidos. Também é fácil de entender que a usina contínua acabará sendo predominante à medida que produtores perceberem que ela usa energia de maneira mais eficiente, tem manutenção mais barata e proporciona o controle necessário dos depósitos de alimentação fria para produzir consistentemente misturas que atendem às especificações mais rigorosas.

III. ANÁLISE FINALNa análise final, o que está nos depósitos de alimentação fria é o que determina o que vai ser produzido em qualquer dos processos, seja ele contínuo ou em lotes (usina gravimétrica).

Então, quais são as vantagens da usina gravimétrica?

1. podem ser produzidas diversas misturas em pequenas quantidades. No entanto, a usina contínua também pode produzir várias misturas com vários silos de armazenamento de longo prazo.

2. Atender especificações que requeiram uma usina gravimétrica.

3. Uma vantagem de marketing, quando corretamente aplicada, na venda de uma infinidade de diferentes projetos de misturas para diversos seg-mentos do mercado.

Atualmente, a principal razão da aquisição de uma usina gravimétrica é a falta de compreensão sobre o processo contínuo. Isto está associado ao pouquís-simo conhecimento que se tem de como o processamento por lotes funciona. Atualmente, a maneira como a usina de processamento contínuo trabalha e sua tremenda capacidade para fazer um produto uniforme são amplamente conhecidas na América do Norte, o maior mercado do mundo para asfalto misturado a quente.

As peneiras da usina gravimétrica pode, também, criar um problema para a granulometria da mistura final. Ele é causado pela variação da eficiência da peneira ou sobreposição. Isso ocorre quando a espessura da camada varia no deck da peneira. Esta flutuação é uma função da taxa de alimentação para a peneira, das características do material, do número de decks e da profundidade do material na peneira.

o anexo na página 10 representa uma tabela de seleção com peneiras padrão. Todos os fabricantes publicam uma tabela semelhante a esta com fatores se-melhantes para a seleção dos agregados. Esta tabela, como todas as demais, utiliza uma equação em que são inseridos os diversos fatores da tabela para obter as toneladas por hora e a eficiência da peneira. A equação reorganizada é a seguinte:

Área da plataforma (S) x Fatores de seleção da peneira (A x B x C x D x E x F) = Tonela-gem passante (T)

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Após a instalação da tela em uma usina gravimétrica é óbvio que a área do deck não pode mudar. portanto, a área do deck torna-se uma constante. Consulte o anexo para ver os fatores de A a F. o fator A é determinado pelo tamanho do tecido, o que não vai mudar após o dimensionamento. o fator B não será mo-dificado enquanto a alimentação da alimentação fria for mantida nas mesmas proporções. o fator D não muda pelo mesmo motivo que o fator B não será alterado. o fator E não é utilizado. o fator F não mudará já que estará usando o mesmo deck para comparação.

Em uma usina gravimétrica operando com a mesma mistura de alimentação fria, o único fator variável entre os fatores A a F é o fator C, que é a eficiência da seleção das peneiras. portanto, quando a Tonelagem passante é alterada, o único fator que pode mudar em uma usina por lotes em operação é o fator C.

Simplificando, a equação é a seguinte:

S (constante) x C = T

Consequentemente, C varia em função de T e a eficiência da seleção aumenta ou diminui com as toneladas por hora que são alimentadas no deck. Em uma usina gravimétrica, o deck inferior é o crítica, pois o que é colocado no Silo 1 é controlado por essa plataforma. Ao examinar o fator C e as colunas de eficiência desejada no Anexo A, torna-se claro que a quantidade do material do silo 1 no Silo 2 pode variar muito quando a taxa de alimentação no deck inferior muda.

Assumindo que a taxa de produção através do secador dobre, é fácil observar que algo até 20% do material do Silo 1 pode ser colocado no Silo 2. Isso afetará a área superficial na mistura, pois o material do Silo 1 será colocado na mistura quando o Silo 2 for descarregado na tremonha de pesagem. A quantidade de cimento asfáltico deve ser alterada já que a granulometria da mistura mudou. De fato, a faixa da especificação (intervalo) do projeto de mistura pode ser influenciada por alguns tamanhos de agregados.

Variar a granulometria nos silos requer a coleta de amostras de toda a largura dos silos quentes para ter certeza de que a granulometria correta está sendo removida dos silos quentes. Uma usina gravimétrica típica da América do Nor-te, dispõe de meios instalados entre as portas dos silos quentes e a tremonha de pesagem do agregado para coletar amostras de toda a largura do silo para verificar a granulometria dos materiais nos silos quentes. Em usinas do estilo europeu frequentemente não há meios para coletar amostras de toda a largura dos depósitos quentes. Nos Estados Unidos, os Departamentos de transporte que especificam as fórmulas de projeto possuem um regulamento obrigatório para a coleta de amostras de toda a largura do silo quente. A falta de amos-tragem no silo quente levaria uma pessoa experiente na arte do projeto da mistura a assumir que a usina de processamento contínuo certamente seria uma escolha melhor do que uma usina gravimétrica que não tenha meios para verificar frequentemente a precisão.

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outro ponto problemático em uma usina gravimétrica que tenha silos quentes grandes é a segregação no Silo 1. A partição no silos quente, patenteada da Astec, minimiza a segregação (Figura 9). observe a localização da partição. Ela permite que o material sobre a superfície inclinada do silo 1 seja alimentado em proporção com o material mais grosso, que depois pas-sa pela peneira e o recolhe no outro lado da partição. Uma solução menos atraente consiste em colocar uma placa inclinada ou defletor sob a peneira para movimentar os finos sobre o centro do silo (Figura 10). o funcionamento des-se arranjo é mais limitado. No caso de silos quentes muito grandes, a primeira solução é definitivamente a melhor.

Concluindo, é possível obter produto de melhor qualidade devido à menor variação obtida em uma usina de processamento contínuo. Controles computadorizados de última geração, balanças precisas de correia, sistema de dosagem de asfalto (betume) e sistema de mistura de alimentação fria asseguram a obtenção de produto consistente. Além disso, a reciclagem, um requisito econômico do futuro, pode ser muito melhor manuseada na usina contínua. Ela reduz dramaticamente o custo da mistura e reutiliza um produto que seria descartado.

Anti-Segregation Bin Partition

ANTI-SEGREGATIONBIN PARTITION WALL

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